Medida quantitativa da estrutura e função pulmonar obtida por espectroscopia de xenônio hiperpolarizada

Resumo

O manuscrito apresenta um protocolo detalhado para o uso da recuperação de saturação por deslocamento químico (CSSR) hiperpolarizada de Xenon-129 para rastrear as trocas gasosas pulmonares, avaliar a espessura aparente da parede do septo alveolar e medir a relação superfície-volume. O método tem o potencial de diagnosticar e monitorar doenças pulmonares.

Resumo

A ressonância magnética (MRI) hiperpolarizada de Xenon-129 (HXe) fornece ferramentas para obter mapas bidimensionais ou tridimensionais de padrões de ventilação pulmonar, difusão de gás, captação de xenônio pelo parênquima pulmonar e outras métricas de função pulmonar. No entanto, ao trocar a resolução espacial pela temporal, também permite o rastreamento da troca gasosa de xenônio pulmonar em uma escala de tempo ms. Este artigo descreve uma dessas técnicas, a espectroscopia de RM de recuperação de saturação por deslocamento químico (CSSR). Ele ilustra como ele pode ser usado para avaliar o volume sanguíneo capilar, a espessura da parede septal e a relação superfície-volume nos alvéolos. O ângulo de inversão dos pulsos de radiofrequência (RF) aplicados foi cuidadosamente calibrado. Protocolos de apneia de dose única e respiração livre de dose múltipla foram empregados para administrar o gás ao sujeito. Uma vez que o gás xenônio inalado atingiu os alvéolos, uma série de pulsos de RF de 90° foi aplicada para garantir a saturação máxima da magnetização de xenônio acumulada no parênquima pulmonar. Após um tempo de atraso variável, os espectros foram adquiridos para quantificar o crescimento do sinal de xenônio devido à troca gasosa entre o volume de gás alveolar e os compartimentos teciduais do pulmão. Esses espectros foram então analisados ajustando funções pseudo-Voigt complexas aos três picos dominantes. Finalmente, as amplitudes de pico dependentes do tempo de atraso foram ajustadas a um modelo analítico de troca gasosa unidimensional para extrair parâmetros fisiológicos.

Introdução

A ressonância magnética (MRI)1 de Xenônio-129 hiperpolarizado (HXe)¹ é uma técnica que oferece informações exclusivas sobre a estrutura, função e processos de troca gasosa pulmonares. Ao amplificar drasticamente a magnetização do gás xenônio por meio do bombeamento óptico de troca de rotação, a ressonância magnética HXe alcança uma melhoria de ordem de magnitude na relação sinal-ruído em comparação com a ressonância magnética de xenônio polarizada termicamente 2,3,4,5,6.

Protocolo

NOTA: Embora a técnica de espectroscopia de RM CSSR de xenônio-129 hiperpolarizada descrita aqui seja comumente usada para imagens de animais e humanos, o protocolo abaixo refere-se apenas a estudos em humanos. Todos os protocolos de imagem aderiram às limitações da taxa de absorção específica (SAR) da FDA (4 W/kg) e foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade da Pensilvânia. O consentimento informado foi obtido de cada sujeito.

1. Projeto de sequência de pulso

1. Decida se deseja realizar uma medição de apneia ou respiração livre.
   NOTA: As aquisições de apneia são tecnicamente mais simp....

Discussão

A espectroscopia de RM HXe CSSR é uma técnica poderosa para avaliar várias métricas de função pulmonar que seriam difíceis ou impossíveis de quantificar in vivo usando qualquer outra modalidade diagnóstica existente²⁴. No entanto, a aquisição e a análise subsequente dos dados são baseadas em certas suposições sobre condições fisiológicas e parâmetros técnicos que nunca são totalmente alcançáveis em indivíduos vivos. Essas limitações e seu impacto na interpretaç?.......

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Bi-directional Pneumotach	B&B Medical AccutachTM
Chest Vest Coil	Clinical MR Solutions		Adult Size
Face Mask	Hans Rudolph	7450
Matlab	Mathworks	Release 2018a	Optimization Toolbox required
Physiological Monitoring System	BIOPAC Systems Inc
Tedlar Bag	Jensen Inert Products		250-mL and 500-mL; specialised PVF bag
Xenon Polarizer	Xemed LLC	X-box E10
Whole-body MRI Scanner	Siemens	1.5 T Avanto